CN104128877B - 高精度球体循环研磨加工设备 - Google Patents
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Abstract
一种高精度球体循环研磨加工设备，包括机架，机架上安装下研磨盘和上研磨盘，上研磨盘的上端与加压装置连接，下研磨盘安装在研磨盘主轴上，研磨盘主轴与研磨驱动机构连接，下研磨盘的加工面上开有连续加工沟槽，连续加工沟槽的起点为下研磨盘的圆心，连续加工沟槽的终点为下研磨盘的外边缘，下研磨盘的下部设置旋转架，旋转架的一圈开有环形凹槽，环形凹槽的开口位于上研磨盘的外边缘的下方，旋转架的底部布置挡板，挡板上开有一个供球体落下的落料孔，落料孔与球体输送机构的进口连接，球体输送机构的出口与上研磨盘的中央通孔连接，旋转架与旋转驱动机构连接。本发明加工效率较高、加工路径控制准确性较好、加工一致性良好。
Description
技术领域
本发明涉及高精度球体加工设备，尤其是一种高精度球体循环研磨加工设备。
背景技术
高精度球是圆度仪、陀螺、轴承和精密测量中的重要元件，并常作为精密测量的基准，在精密设备和精密加工中具有十分重要的地位。特别是在球轴承中大量使用，是球轴承的关键零件，轴承球的精度(球形偏差、球直径变动量和表面粗糙度)直接影响着球轴承的运动精度、噪声及寿命等技术指标，进而影响设备、仪器的性能。与传统的轴承钢球材料(GCr15)相比，氮化硅等先进陶瓷材料具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、无磁性、低密度(为轴承钢的40％左右)，热胀系数小(为轴承钢的25％)及弹性模量大(为轴承钢的1.5倍)等一系列优点，被认为是制造喷气引擎、精密高速机床、精密仪器中高速、高精度及特殊环境下工作轴承球的最佳材料。
对于陶瓷球的研磨加工，国内外已有一些相应的加工方法，如：V形槽研磨、圆沟槽研磨法、锥形盘研磨法、自转角主动控制研磨法、磁悬浮研磨法等。在V形槽研磨加工、圆沟槽研磨加工、锥形盘研磨加工等加工过程中，球坯只能作“不变相对方位”研磨运动，即球坯的自旋轴对公转轴的相对空间方位固定，球坯绕着一固定的自旋轴自转。实践和理论分析都表明“不变相对方位”研磨运动对球的研磨是不利的，球坯与研磨盘的接触点在球坯表面形成的研磨迹线是一组以球坯自转轴为轴的圆环，研磨盘沿着三接触点的三个同轴圆迹线对球坯进行“重复性”研磨，不利于球坯表面迅速获得均匀研磨，在实际加工中需要依靠球坯打滑、搅动等现象，使球坯的自旋轴与公转轴的相对工件方位发生缓慢变化，达到均匀研磨的目的，但这种自旋角的变化非常缓慢，是随机、不可控的，从而限制了加工的球度和加工效率。而自转角主动控制研磨具有可独立转动的三块研磨盘，可以通过控制研磨盘转速变化来调整球坯的自旋轴的方位，球坯能作“变相对方位”研磨运动，球坯表面的研磨迹线是以球坯自转轴为轴的空间球面曲线，能够覆盖大部分甚至整个球坯表面，有利于球坯表面获得均匀、高效的研磨。上述多种方法中，就所需装置复杂程度而言，以传统V形槽加工方法最为简便，磁悬浮研磨以及自转角主动控制加工方法相对复杂。
现有的结构中存在的技术缺陷：没有陶瓷球循环加工功能、加工效率较低、加工路径控制准确性较差、加工一致性较差。
发明内容
为了克服已有高精度陶瓷球加工设备的无陶瓷球循环加工功能、加工效率较低、加工路径控制准确性较差、加工一致性较差的不足，本发明提供一种加工效率较高、加工路径控制准确性较好、加工一致性良好的高精度球体循环研磨加工设备
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高精度球体循环研磨加工设备，包括机架，所述机架上安装下研磨盘和上研磨盘，所述下研磨盘位于所述上研磨盘的正下方，所述上研磨盘的上端与加压装置连接，所述下研磨盘安装在研磨盘主轴上，所述研磨盘主轴与研磨驱动机构连接，所述下研磨盘的加工面上开有连续加工沟槽，所述连续加工沟槽的起点为下研磨盘的圆心，所述连续加工沟槽的终点为下研磨盘的外边缘，所述下研磨盘的下部设置旋转架，所述旋转架的一圈开有供球体落入的环形凹槽，所述环形凹槽的开口位于所述上研磨盘的外边缘的下方，所述旋转架的底部布置挡板，所述挡板固定安装在机架上，所述挡板上开有一个供所述球体落下的落料孔，所述落料孔与球体输送机构的进口连接，所述球体输送机构的出口与上研磨盘的中央通孔连接，所述旋转架与旋转驱动机构连接。
进一步，所述球体输送机构包括上自由滚道、下自由滚道、外侧螺旋滚道、芯轴和刮板，所述芯轴与用于带动芯轴转动的上料驱动机构连接，所述芯轴的外圈等圆弧间隔布置所述刮板，所述相邻刮板之间的间隙比所述球体大，所述外侧螺旋滚道自上而下布置，所述外侧螺旋滚道附着于刮板外侧面，所述相邻刮板的间隙和外侧螺旋滚道形成供所述球体放置的输送工位，所述外侧螺旋滚道固定于输送机构支架，所述上自由滚道、下自由滚道成倾斜布置，所述外侧螺旋滚道的上端与所述上自由滚道的上端连接，所述上自由滚道的下端为所述球体输送机构的出口，所述外侧螺旋滚道的下端与所述下自由滚道的下端连接，所述下自由滚道的上端为球体输送机构的进口。
所述研磨驱动机构包括主带轮、从带轮和主轴电机，所述旋转驱动机构包括主动齿轮、被动齿轮和旋转驱动电机，所述研磨盘主轴与滚动轴承的内圈固定连接，所述滚动轴承的外圈与旋转架固定连接，所述旋转架与被动齿轮固定连接，所述被动齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮安装在所述旋转驱动电机的输出轴上，所述研磨盘主轴上安装主带轮，所述主带轮通过传动带与从带轮连接，所述从带轮安装在主轴电机的输出轴上。
更进一步，所述连续加工沟槽为V形槽。当然，也可以为其他形式。
所述连续加工沟槽的轨迹为变曲率曲线。例如螺旋线等。
本发明的技术构思为：为保证从研磨盘边缘掉落的加工球能够次序不变的再次回到研磨加工区域，采用顺序出球机构保证加工球体的加工顺序不被打乱。由于从研磨盘边缘掉落的加工球体与研磨盘速度一致，且掉落的位置随变曲率V形槽旋转而沿圆周变化。发明为避免球序打乱，采用在下研磨盘外侧增加顺序出球装置，顺序出球装置由旋转架与挡板构成。旋转架开有配合加工球体的通孔，通孔按旋转架圆周排列。挡板开有配合加工球体的唯一出球口。旋转架与研磨盘有相对速度保证了先滚出的加工球相对在后滚出的加工球前方。进入旋转架的加工球进入通孔，在通孔底部被挡板挡住并随旋转架一同转动。旋转架与下研磨盘同向转动，先进入顺序出球机构的加工球先从挡板的出球口滚出，进入输送机构。输送机构采用单轨、单向输送，使加工球能再次依次进入上研磨加工区域，并重新开始下一轮加工。开放式滚道设计同时方便了加工球的取样检测，和计数统计等。同时，本发明在输送过程中注重球与球之间的先后次序，并且尽量少的相互接触与挤压，避免了加工球在输送过程间的影响，保证了加工球的研磨质量。
本发明的有益效果主要表现在：装置结构简单，能达到依次循环加工的状态，避免球与球之间的碰撞，方便观测检验。最终实现加工球高精度、高一致性的批量加工，对发展轴承球的超精密加工技术具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的高精度球体循环研磨加工设备示意图。
图2是本发明中顺序出球机构俯视图简图。
图3是顺序出球机构正视图简图。
图4是输送机构旋转输送部分的三维示意图。
图5是输送机构旋转输送部分的俯视图简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种高精度球体循环研磨加工设备，包括机架，所述机架上安装下研磨盘8和上研磨盘9，所述下研磨盘8位于所述上研磨盘9的正下方，所述上研磨盘9的上端与加压装置10、11连接，所述下研磨盘8安装在研磨盘主轴2上，所述研磨盘主轴2与研磨驱动机构连接，所述下研磨盘8的加工面上开有连续加工沟槽，所述连续加工沟槽的起点为下研磨盘8的圆心，所述连续加工沟槽的终点为下研磨盘8的外边缘，所述下研磨盘8的下部设置旋转架7，所述旋转架7的一圈开有供球体落入的环形凹槽，所述环形凹槽的开口位于所述上研磨盘8的外边缘的下方，所述旋转架7的底部布置挡板6，所述挡板6固定安装在机架上，所述挡板6上开有一个供所述球体落下的落料孔，所述落料孔与球体输送机构的进口连接，所述球体输送机构的出口与上研磨盘9的中央通孔连接，所述旋转架7与旋转驱动机构连接。
进一步，所述球体输送机构包括上自由滚道12、下自由滚道15、外侧螺旋滚道13、芯轴和刮板14，所述芯轴与用于带动芯轴转动的上料驱动机构连接，所述芯轴的外圈等圆弧间隔布置所述刮板，所述相邻刮板之间的间隙比所述球体大，所述外侧螺旋滚道13自上而下布置，所述外侧螺旋滚道附着于刮板14外侧面，所述相邻刮板的间隙和外侧螺旋滚道形成供所述球体放置的输送工位，所述外侧螺旋滚道独立固定于输送机构支架16，所述上自由滚道12、下自由滚道15呈倾斜布置，所述外侧螺旋滚道13的上端与所述上自由滚道12的上端连接，所述上自由滚道12的下端为所述球体输送机构的出口，所述外侧螺旋滚道13的下端与所述下自由滚道15的下端连接，所述下自由滚道15的上端为球体输送机构的进口。
优选的，所述外侧螺旋滚道为支撑钢丝，当然，也可以为其他支撑件。
所述研磨驱动机构包括主带轮、从带轮和主轴电机1，所述旋转驱动机构包括主动齿轮4、被动齿轮5和旋转驱动电机3，所述研磨盘主轴2与滚动轴承的内圈固定连接，所述滚动轴承的外圈与旋转架7固定连接，所述旋转架7与被动齿轮5固定连接，所述被动齿轮5与主动齿轮4啮合，所述主动齿轮4安装在所述旋转驱动电机3的输出轴上，所述研磨盘主轴2上安装主带轮，所述主带轮通过传动带与从带轮连接，所述从带轮安装在主轴电机1的输出轴上。
更进一步，所述连续加工沟槽为V形槽。当然，也可以为其他形式。
所述连续加工沟槽的轨迹为变曲率曲线。例如螺旋线等。
所述上料驱动机构包括上料电机18、第一传动带轮和第二传动带轮，上料电机18的输出轴上安装第一传动带轮，所述第一传动带轮通过传动带17与第二传动带轮连接，所述第二传动带轮安装在芯轴的下端，所述刮板固定安装在所述转轴的上部，所述芯轴可转动地安装在输送机构支架16上。
本实施例中，旋转架7和研磨盘主轴2通过主轴轴套外侧的滚动轴承达到转动的互不干扰。所述研磨盘主轴2由主轴电机1带传动驱动，所述旋转架7由旋转驱动电机3驱动；下研磨盘8开有变曲率V形槽，所述变曲率槽的出口在研磨盘边缘；所述挡板6的落料口与球体输送机构的进口通过下自由滚道15连接；所述球体输送机构的出口与上研磨盘9中心通过上自由滚道12连接；旋转架7与挡板6接住从下研磨盘8自由掉落的球坯，先后掉落的球坯在旋转保持架内顺序不被打乱，在通过挡板6的落料口时，依次滚出，通过球体输送机构，最终回到下研磨盘8中心，实现依次将球坯高效循环加工。所述加压装置(10、11)向上研磨盘9施加符合加工要求的加工压力。
参考图2，是顺序出球机构俯视图简图，其中挡板6在固定位置开有出球口(如图所示)，球坯依次跟随旋转架7的旋转到达出球口，并掉落。加工球与加工球之间的位置关系，由旋转架通孔位置保持。
参考图3，是顺序出球机构正视图简图，旋转架7开有按圆周阵列的通孔，挡板6阻止球体掉落。球体跟随保持架运动至挡板固定开口处，球体可自由进入滚道，经由滚道进入输送机构。
参考图4，是输送机构旋转输送部分三维示意图，主要由刮板14与外侧螺旋滚道13组成。球体进入输送部分后，落入每个刮板之间的位置，刮板由转轴带动旋转，球体在刮板的推动下向前滚动。球体的滚动路径即是外侧螺旋滚道14，球体在刮板推动下，沿滚道做螺旋上升运动。最终由输送装置底部到达输送装置顶部，经由连通的上自由滚道，回到研磨盘，进行下一次循环加工。
加工的磨料选择固着磨料或游离磨料，所述待加工陶瓷球坯在上、下研磨盘工作面，在定载荷和磨料的作用下得到均匀研磨，并通过循环系统进行多轮研磨。
利用本发明装置，加工氮化硅陶瓷球坯，加工条件如下表1：
表1
下表2列出的是成品陶瓷球的检测结果。从检测结果看：加工出的陶瓷球的精度水平已达到钢球的G3精度。
表2。
Claims (5)
1.一种高精度球体循环研磨加工设备，包括机架，所述机架上安装下研磨盘和上研磨盘，所述下研磨盘位于所述上研磨盘的正下方，所述上研磨盘的上端与加压装置连接，所述下研磨盘安装在研磨盘主轴上，所述研磨盘主轴与研磨驱动机构连接，所述下研磨盘的加工面上开有连续加工沟槽，所述连续加工沟槽的起点为下研磨盘的圆心，所述连续加工沟槽的终点为下研磨盘的外边缘，其特征在于：所述下研磨盘的下部设置旋转架，所述旋转架的一圈开有供球体落入的环形凹槽，所述环形凹槽的开口位于所述上研磨盘的外边缘的下方，所述旋转架的底部布置挡板，所述挡板固定安装在机架上，所述挡板上开有一个供所述球体落下的落料孔，所述落料孔与球体输送机构的进口连接，所述球体输送机构的出口与上研磨盘的中央通孔连接，所述旋转架与转动驱动机构连接。
2.如权利要求1所述的高精度球体循环研磨加工设备，其特征在于：所述球体输送机构包括上自由滚道、下自由滚道、外侧螺旋滚道、芯轴和刮板，所述芯轴与用于带动芯轴转动的上料驱动机构连接，所述芯轴的外圈等圆弧间隔布置所述刮板，相邻所述刮板之间的间隙比所述球体大，所述外侧螺旋滚道自上而下布置，所述外侧螺旋滚道附着于刮板外侧面，相邻所述刮板的间隙和外侧螺旋滚道形成供所述球体放置的输送工位，所述外侧螺旋滚道固定于输送机构支架，所述上自由滚道、下自由滚道成倾斜布置，所述外侧螺旋滚道的上端与所述上自由滚道的上端连接，所述上自由滚道的下端为所述球体输送机构的出口，所述外侧螺旋滚道的下端与所述下自由滚道的下端连接，所述下自由滚道的上端为球体输送机构的进口。
3.如权利要求1或2所述的高精度球体循环研磨加工设备，其特征在于：所述研磨驱动机构包括主带轮、从带轮和主轴电机，所述旋转驱动机构包括主动齿轮、被动齿轮和旋转驱动电机，所述研磨盘主轴与滚动轴承的内圈固定连接，所述滚动轴承的外圈与旋转架固定连接，所述旋转架与被动齿轮固定连接，所述被动齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮安装在所述旋转驱动电机的输出轴上，所述述研磨盘主轴上安装主带轮，所述主带轮通过传动带与从带轮连接，所述从带轮安装在主轴电机的输出轴上。
4.如权利要求1或2所述的高精度球体循环研磨加工设备，其特征在于：所述连续加工沟槽为V形槽。
5.如权利要求1或2所述的高精度球体循环研磨加工设备，其特征在于：所述连续加工沟槽的轨迹为变曲率曲线。
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